鉭電容在我們的日常中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，到處都可見(jiàn)到它的身影，關(guān)于它你知道多少呢？它屬于電解電容嗎？它的作用又是怎樣的呢？本文將為你還原一個(gè)真實(shí)的鉭電容。

鉭電容

鉭電容是 電容器中體積小而又能達(dá)到較大電容量的產(chǎn)品，是1956年由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室首先研制成功的，它的性能優(yōu)異。鉭電容器外形多種多樣，并制成適于表面貼裝的小型和片型元件。鉭電容器不僅在軍事通訊，航天等領(lǐng)域應(yīng)用，而且鉭電容的應(yīng)用范圍還在向工業(yè)控制，影視設(shè)備、通訊儀表等產(chǎn)品中大量使用。

鉭電容的應(yīng)用原理

鉭極易在空氣中氧化，人們利用它的氧化膜作為中介質(zhì)，由于鉭極易氧化，故鉭電容有自動(dòng)“愈合傷口”的修復(fù)作用，故耐用，可靠性高。由于氧化膜很薄，故鉭電容兩極板間距離很近，幾無(wú)感抗，非常靈敏，故充放電速度快。這些特性決定了鉭電容適用于高頻、小電流、需要快速反應(yīng)的電路，故鉭電容也在導(dǎo)彈、衛(wèi)星等需要快速響應(yīng)和高可靠性的電路中有廣泛應(yīng)用。鉭電容由于非常靈敏，充放電快速，故也常用于高級(jí)音響的音頻電路，主要是高音頻電路，由于減少了對(duì)高音頻弱小電流的損耗，故相對(duì)提升了高音，提升了音質(zhì)。

鉭電容是電解電容嗎

鉭電容全稱(chēng)是鉭電解電容，也屬于電解電容的一種，使用金屬鉭做介質(zhì)，不像普通電解電容那樣使用電解液，鉭電容不需像普通電解電容那樣使用鍍了鋁膜的電容紙繞制，本身幾乎沒(méi)有電感，但這也限制了它的容量。此外，由于鉭電容內(nèi)部沒(méi)有電解液，很適合在高溫下工作。 這種獨(dú)特自愈性能，保證了其長(zhǎng)壽命和可靠性的優(yōu)勢(shì)。固體鉭電容器電性能優(yōu)良，工作溫度范圍寬，而且形式多樣，體積效率優(yōu)異，具有其獨(dú)特的特征：鉭電容器的工作介質(zhì)是在鉭金屬表面生成的一層極薄的五氧化二鉭膜。此層氧化膜介質(zhì)與組成電容器的一端極結(jié)合成一個(gè)整體，不能單獨(dú)存在。因此單位體積內(nèi)具有非常高的工作電場(chǎng)強(qiáng)度，所具有的電容量特別大，即比容量非常高，因此特別適宜于小型化。

鉭電容的作用是什么

鉭電容是由稀有金屬鉭加工而成，先把鉭磨成微細(xì)粉，再與其它的介質(zhì)一同經(jīng)燒結(jié)而成。鉭電容因?yàn)榻饘巽g的固有特性，具有穩(wěn)定性好、不隨環(huán)境的變化而改變、能做到容值很大等特點(diǎn)，在某些方面具有陶瓷電容不可比較的一些特性，因而在許多無(wú)法使用陶瓷電容的電路上鉭電容被廣泛選用。??

隨著鉭電容在市場(chǎng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，型號(hào)和供貨量的增加，價(jià)格的下跌，如今許多行業(yè)都在用鉭電容替代鋁電解電容。當(dāng)然鉭電容也有本身的缺陷，比如耐壓不夠高，大大限制了鉭電容的用途區(qū)域。就拿音響電路來(lái)說(shuō)吧，音響電路中通常包含濾波、耦合、旁路、分頻等電容，如何在電路中更有效地選擇使用電容器對(duì)音響音質(zhì)的改進(jìn)具有較大的影響。音響電路中的耦合電容絕大一部分就是用的鉭電容。

鉭電容自動(dòng)化程度高，精度也高，在運(yùn)輸途中不像插件式那樣容易受損，但是貼片工藝安裝需要波峰焊工藝處理，電容經(jīng)過(guò)高溫之后可能會(huì)影響性能，尤其是陰極采用電解液的電容，經(jīng)過(guò)高溫后電解液可能會(huì)干枯，插件工藝的安裝成本低，因此在同樣成本下，電容本身的性能可以更好一些。

貼片鉭電容作用主要是清除由芯片自身產(chǎn)生的各種高頻信號(hào)對(duì)其他芯片的串?dāng)_，從而讓各個(gè)芯片模塊能夠不受干擾的正常工作，在高頻電子振蕩線路中，貼片式電容與晶體振蕩器等元件一起組成振蕩電路，給各種電路提供所需的時(shí)鐘頻率。

它被應(yīng)用于小容量的低頻濾波電路中，貼片鉭電容與陶瓷電容相比，其表面均有電容容量和耐壓標(biāo)識(shí)，其表面顏色通常有黃色和黑色兩種，譬如100-16即表示容量100μF，耐壓16V，貼片式鋁電解電容擁有比貼片式鉭電容更大的容量，其多見(jiàn)于顯卡上，容量在300μF~1500μF之間，貼片鉭電容主要是滿足電流低頻的濾波和穩(wěn)壓作用，直立電容和貼片電容的區(qū)別 無(wú)論是插件還是貼片式的安裝工藝，電容本身都是直立于PCB的，根本的區(qū)別方式是貼片工藝安裝的電容，有黑色的橡膠底座。

鉭電容系列

制造商提供種類(lèi)廣泛的鉭電容產(chǎn)品系列，它們針對(duì)各種具體特征進(jìn)行優(yōu)化，并瞄準(zhǔn)不同的應(yīng)用和細(xì)分市場(chǎng)。這些不同的產(chǎn)品系列提供的優(yōu)化包括更低的ESR、更小的尺寸、高可靠性(面向軍用、汽車(chē)和醫(yī)療應(yīng)用)、更小的直流漏電流、更低的ESL和更高的工作溫度。本文側(cè)重其中兩個(gè)領(lǐng)域：更低的ESR和更小的尺寸。

更低的ESR – 為實(shí)現(xiàn)最低ESR而優(yōu)化，這些器件在脈沖或交流應(yīng)用中提供更高的效率，在高噪聲環(huán)境中提供更出色的濾波性能。

更小的尺寸 – 結(jié)合高CV鉭粉的使用和高效率封裝，這些器件以緊湊尺寸提供高容值，適用空間緊張的應(yīng)用，如智能手機(jī)、平板電腦和其他手持式消費(fèi)電子設(shè)備。

低ESR鉭電容

減小ESR一直是鉭電容設(shè)計(jì)的重要研究領(lǐng)域之一。鉭粉的選擇和生產(chǎn)期間涂敷陰極材料時(shí)所用的工藝對(duì)ESR有顯著影響。但是，對(duì)于給定的額定值(容值、電壓、尺寸)，這些因素主要為設(shè)計(jì)約束并在目前的最先進(jìn)器件上得到基本解決。使ESR減小的兩個(gè)最主要因素是：陰極材料用導(dǎo)電聚合物替代MnO2，引線框架材料從鐵鎳合金改為銅(Cu)。

傳統(tǒng)鉭電容的ESR主要源于陰極材料MnO2。如圖1所示，MnO2的導(dǎo)電率約為0.1S/cm。相比之下，導(dǎo)電聚合物(如聚3,4-乙烯二氧噻吩)的導(dǎo)電率在100S/cm范圍內(nèi)。導(dǎo)電率的這一增加直接轉(zhuǎn)換為ESR的顯著減小。

在圖2中，不同額定值下的ESR-頻率曲線顯示了鉭電容器采用聚合物陰極系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)直接比較MnO2和聚合物設(shè)計(jì)在A外殼 6.3 V / 47 μF額定值條件下的ESR-頻率曲線，可以看出在100 kHz頻率下聚合物設(shè)計(jì)使ESR的減小幅度多達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)。

不同材料的導(dǎo)電率

引線框架材料是改用導(dǎo)電率更高的材料后可改善ESR的另一個(gè)領(lǐng)域。如圖3中的電容橫截面所示，引線框架提供從內(nèi)部電容器元件到封裝外部的電連接。

圖3：電容橫截面。

鐵鎳合金(如Alloy 42)一直是引線框架材料傳統(tǒng)選擇。這些合金的優(yōu)點(diǎn)包括低熱膨脹系數(shù)(CTE)、低成本和制造中的易用性。銅引線框架材料加工方面的改進(jìn)使其能夠用于鉭電容設(shè)計(jì)。由于導(dǎo)電率是Alloy 42的100倍，銅的使用對(duì)ESR有重要影響。例如，采用A外殼(EIA 3216)和傳統(tǒng)引線框架的Vishay?100μF/6.3V T55聚合物鉭電容在100kHz和25°C條件下提供70mΩ的最大ESR。通過(guò)改為銅引線框架，最大ESR可減小到40mΩ。

緊湊鉭電容

改善鉭電容設(shè)計(jì)體積效率(容值密度)的兩個(gè)主要因素是鉭粉的演變和封裝的改進(jìn)。

電容設(shè)計(jì)中使用的鉭粉的質(zhì)量因數(shù)是：(容值?電壓)/質(zhì)量，簡(jiǎn)寫(xiě)為CV/g。大規(guī)模生產(chǎn)中使用的鉭粉的演變?nèi)鐖D4所示。CV/g的這些增加與更小的顆粒尺寸和粉末純度改善有關(guān)。在電容設(shè)計(jì)中使用這些材料本身就是一個(gè)復(fù)雜的研究領(lǐng)域，需要大量研發(fā)投資。

圖 4：大規(guī)模生產(chǎn)中使用的鉭粉的演變。

使鉭電容設(shè)計(jì)尺寸減小的另一個(gè)重要因素是超高效封裝技術(shù)的發(fā)展。業(yè)內(nèi)使用的最常見(jiàn)封裝技術(shù)是引線框架設(shè)計(jì)。這種結(jié)構(gòu)具有非常高的制造效率，從而可以降低成本和提高產(chǎn)能。對(duì)于不受制于空間的應(yīng)用，這些器件仍然是可行的解決方案。

圖5：不同封裝技術(shù)的體積效率。

但是，在主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是增加密度的許多電子系統(tǒng)中，能夠減小元件尺寸是一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。在此方面，制造商在封裝技術(shù)上已經(jīng)取得了若干進(jìn)展。如圖5所示，與標(biāo)準(zhǔn)引線框架結(jié)構(gòu)相比，無(wú)引線框架設(shè)計(jì)可改善體積效率。通過(guò)減小提供外部連接所需的機(jī)械結(jié)構(gòu)的尺寸，這些器件可利用該額外可用空間來(lái)增加電容元件的尺寸，從而增加容值和/或電壓。

在最新一代封裝技術(shù)中，Vishay擁有專(zhuān)利的多陣列封裝(MAP)結(jié)構(gòu)通過(guò)使用位于封裝末端的金屬化層來(lái)提供外部連接使體積效率進(jìn)一步改善。該結(jié)構(gòu)通過(guò)完全消除內(nèi)部陽(yáng)極連接使電容元件尺寸在可用體積范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大化。為進(jìn)一步說(shuō)明體積效率的改善，請(qǐng)看圖6。從圖中可以明顯看出電容元件的體積增加了60%以上。這一增加可用于優(yōu)化器件，以增加容值和/或電壓、減小DCL以及提高可靠性。

圖6：Vishay擁有專(zhuān)利的多陣列封裝結(jié)構(gòu)。

Vishay MAP結(jié)構(gòu)的另一個(gè)好處是減小ESL。MAP結(jié)構(gòu)可通過(guò)消除環(huán)包的機(jī)械引線框架顯著減小既有電流回路的尺寸。通過(guò)使電流回路最小化，可顯著減小ESL。如圖7所示，與標(biāo)準(zhǔn)引線框架結(jié)構(gòu)相比，這一減小可達(dá)到30%之多。ESL的減小對(duì)應(yīng)于自諧振頻率的增加，這可擴(kuò)大電容的工作頻率范圍。

圖7：Vishay的MAP結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)引線框架結(jié)構(gòu)性能對(duì)比。

結(jié)語(yǔ)

關(guān)于鉭電容的介紹就到這了，希望本文能對(duì)你有所幫助。